FI81925C - Digitalt styrd kontaktor och foerfarande foer reglering av kontaktor. - Google Patents

Description

81 925

Digitaalisesti ohjattu kontaktori ja menetelmä kontaktorin säätämiseksi Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 mukainen 'älykäs' kontaktori laitoksien ja kuormitusten yhdistämiseksi ja erottamiseksi toisistaan.

Keksinnön kohteena on myös menetelmä kontaktorin säätämiseksi.

Nykyisissä kontaktoreissa kelapiiri on mitoitettu toimimaan hyvin suppealla jännitealueella ja tasa- ja vaihtovirtakäytössä tarvitaan erikokoiset kelat. Yhtä kontaktorimallia varten tarvitaan yli sata erilaista kelavaihtoehtoa.

Lisäksi suurempien kontaktorien tasavirtakelojen yhteydessä käytetään apukoskettimia ja ulkoista sarjavastusta alentamaan kelan läpi kulkevaa virtaa pitovaiheessa ja vähentämään siten kelan lämpenemistä.

Säätämättömän kontaktorin magneettipinnat joutuvat tarpeettoman suurelle rasitukselle, koska vetojakson aikana kelan teho on vakio, joten kosketinsillan loppunopeus ennen magneettipiirin sulkeutumista kasvaa varsin suureksi. Koska ve-• - tovaiheessa tarvittava teho on suurempi kuin magneettipii rin suljettuna pitämiseen tarvittava teho, joudutaan kela-virta ylimitoittamaan tarvittavaan pitovirtaan nähden kon-taktorimallista riippuen jopa monikymmenkertaiseksi. Ylimitoituksen seurauksena sekä sähkönkulutus että kelan lämpö-.*.· kuormitus kasvavat.

·. : Edellä mainittujen ongelmien poistamiseksi on olemassa ana- logiatekniikkaan perustuvia erillisiä säätöyksiköitä, joilla • · kelapiirin virtaa säädetään. Olemassa olevien säätölaittei- den jännitealue on huomattavasti suppeampi kuin tässä esi- 2 81925 tellyn laitteen, koska analogiatekniikalla ei ole ollut mahdollista saavuttaa riittävän suurta säätöaluetta. Lisäksi ne ovat kalliita ja suurikokoisia ja toteutustekniikka rajoittaa niiden toimintojen lisäämistä.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa olemassa olevan tekniikan haitat ja saada aikaan aivan uudentyyppinen kon-taktori ja menetelmä kontaktorin säätämiseksi.

Ohjauspiirillä tarkoitetaan tässä dokumentissa laitetta, joka on pakattu yhdeksi monoliitti- tai hybridipiiriksi tai yhdelle piirikortille ja joka suorittaa tarvittavat ohjaus-ja säätötoimenpiteet kontaktorin kelavirtapiirissä.

Keksintö perustuu digitaalitekniikalla toteutettuun, kontaktorin kelavirtapiiriin kytkettyyn pulssileveysmodulaatioon perustuvaan säätöyksikköön, jonka yhteyteen rakennetulla teho-osalla säädetään kelan virtaa. Modulointiohje muodostetaan ohjausjännitettä mittaamalla saadun jännitetiedon avulla.

Kelajännite tasasuunnataan ja suodatetaan kevyesti ennen modulointia, joten laitetta voi käyttää sekä tasa- että vaih-tovirtaohjauksissa tasavirralle suunnitellulla magneettipiirillä, jossa ei tarvita erillisiä oikosulkurenkaita magneettikentän tasaamiseksi.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle kontaktorille tunnusomaiset piirteet on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle tunnusomaiset piirteet on esitetty patenttivaatimuksen 8 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia teknisiä ja talou-: dellisia etuja nykyiseen tekniikkaan verrattuna.

Il 3 81925

Keksinnön mukaisella ratkaisulla kontaktoria pystytään säätämään tarkasti aina olosuhteiden mukaan. Magneettipintoja ei rasiteta liian suurella kiinnivetovoimalla ja pitotehon rajoittamisen ansiosta lämpökuormat pienenevät. Digitaalisen toteutuksen ansiosta ohjauspiiriin on helppo integroida lisätoimintoja, joita on selostettu edempänä.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten piirustusten mukaisten sovellusesimerkkien avulla.

Kuvio 1 esittää osittain halkileikattuna sivukuvantona yhtä keksinnön mukaista kontaktoria.

Kuvio 2 esittää graafisesti kontaktorikelan vaatimaa tehoa ajan funktiona kontaktorin sulkeutumisen eri vaiheissa.

Kuvio 3 esittää lohkokaaviona yhtä keksinnön mukaista vaihtoehtoa ohjauspiirin toimintatasolle.

Kuvio 4 esittää lohkokaaviona yhtä keksinnön mukaista jän-nitteenmittausyksikköä.

Kuvio 5 esittää lohkokaaviona yhtä keksinnön mukaista puls-sileveysmodulaattoriyksikköä ja teho-osaa.

• - Kuvio 6 esittää graafisesti kontaktorikelan vetovoiman sovi tusta kosketin- ja vastajousikuormiin voiman ja magneettipiirin avausvälin funktiona.

Digitaalinen säätö- ja ohjauspiiri 1 kytketään kuvion 1 mu-; kaisesti kontaktorin 2 kelapiirin 3 ja ohjaavan verkon 4 vä liin. Ohjauspiirin pääasiallinen tehtävä on säätää kontakto-: rin 2 kelan 3 läpi kulkeva virta kontaktorin sulkeutumisen eri vaiheissa (kuvio 2) sellaiseksi, ettei kela 3 kuumene turhaan, mutta magneettipiiri 5 pysyy silti kiinni vaikeis-sakin ympäristöolosuhteissa esim. voimakkaassa tärinässä.

4 81925

Magneettipiirin 5 sulkeutuessa silta 6 sulkeutuu ja kontak-tori 2 kytkee navat 7 oikosulkuun. Sillan 6 asentoa valvotaan anturilla 9. Ohjaavan verkon 4 jännite saa vaihdella vapaasti väleillä 24-120V tai 120-450V ja se voi olla tasa-tai vaihtovirtaa. Ohjauspiiri 1 saa virran säätöön tarvitsemansa informaation ohjaavan verkon 4 jännitteestä ja ohjaus-piiriin 1 langoitetusta kontaktoritiedosta. Käyttömahdollisuuksien monipuolistamiseksi piirissä on erityinen (ei-esi-tetty) I/O-yksikkö, jonka kautta ohjauspiirin kommunikointi ulkomaailman kanssa tapahtuu. I/O-yksikköä kuvataan myöhemmin tarkemmin.

Ohjauspiirin 1 suunnittelussa on kiinnitetty erityistä huomiota kontaktorien käyttöolosuhteisiin. Se joutuu toimimaan hyvin vaihtelevissa lämpötiloissa, voimakkaassa tärinässä ja voimakkaissa magneettikentissä. Magneettisten ja sähköisten häiriöiden eliminoimiseksi ohjauspiiri on varustettu useilla valvonta- ja nollausrakenteilla, joilla mahdollinen virhe-toiminta-aika pyritään minimoimaan. Häiriöalttiuden takia ohjauspiirissä ei ole käytetty mikrokontrolleria vaan pelk-kää hajalogiikkaa, joka on jaettu itsenäisiksi toimintalohkoiksi, jotka nollataan määrävälein ajoitusyksiköltä saatavalla nollauspulssilla. Lohkorakenteella ja pakkonollauksel-la ohjauspiirin toipumisaika saadaan huomattavasti lyhyemmäksi kuin mikrokontrolleritoteutuksella ja parhaassa tapauksessa virhetoiminta rajoittuu vain yhteen lohkoon, jolloin se ei välttämättä vaikuta kokonaisuuden toimintaan.

Käynnistystilanteessa tarvitaan kuvion 2 mukaisesti kolmea eri virtatasoa:

Vetovaiheen alkuosassa a kelalle 3 syötetään niin paljon tehoa, että koskettimet sulkeutuvat, mutta magneettipiiri ei vielä täysin sulkeudu. Tässä vaiheessa tarvitaan tehoa vain . palautusjousikuorman voittamiseen.

Il 5 81925

Vetovaiheen toisessa osassa b kelan 3 energia kasvatetaan niin suureksi, että magneettipiiri 5 sulkeutuu kaikissa mahdollisissa ympäristöolosuhteissa.

Kolmas jakso, pitovaihe c, kestää seuraavaan ohjauksen katkaisuun saakka. Pitovaiheessa kelan 3 virtaa rajoitetaan sellaiseksi, että magneettipiiri pysyy suljettuna, mutta kela ei lämpene.

Veto- ja vastavoimien erotuksen minimointi kuvan 2 mukaisesti käynnistysvaiheessa vähentää kosketinsillan kiihtyvyyttä ja siten vähentää käynnistyksen aiheuttamaa mekaanista rasitusta. Nykyisellä tekniikalla vetovoimakäyrää yritetään sovittaa vastavoimakäyrään (Kuvio 6) erilaisilla vipuraken-teilla. Keksinnön mukaisella ratkaisulla vetovoimakäyrän sovitus tehdään elektronisesti, jolloin mekaanisia vaimennus-rakenteita ei tarvita.

Ohjauspiirin 1 toiminnassa on huomioitu eräitä vikatilanteita, joiden selvittäminen tavallisella kontaktorilla vaatii lisäkomponenttien käyttöä. Eräs käytetyimmistä on pikajäl-leenkytkentä lyhyen sähkökatkoksen jälkeen. Ohjauspiiri l muistaa tilansa noin yhden sekunnin ajan kelajännitteen katkeamisesta. Jos kontaktori 2 oli vetänyt kelajännitteen kat-·,·. ketessa, piiri 1 aloittaa käynnistyssekvenssin, mikäli jän- 1! nite palautuu muistiajan kuluessa. Pitemmän katkoksen jäl keen ohjauspiiri lukkiutuu auki-tilaan ja kaikki ohjaussignaalit on katkaistava hetkeksi ennen seuraavaa kiinni-ohjausta. Pikajälleenkytkentä voidaan kytkeä pois käytöstä, jolloin kelajännitteen hetkellinenkin katkeaminen aiheuttaa ohjauspiirin nollautumisen, eikä kontaktori vedä ennen seu-raavaa kiinniohjauskäskyä. Pikajälleenkytkennän toteuttami-.·. * seen ei tarvita ulkoisia RC-piirejä, kuten nykyisissä jär- . ..· jestelmissä.

..· Koskettimien hitsautumisen ehkäisemiseksi ohjauspiiriin 1 on : \: rakennettu ohjauskäskyjen viivästys, joka estää seuraavan 6 81925 kiinni-ohjauksen niin pitkäksi aikaa, että kosketinsilta ehtii yläasentoon edellisen auki-ohjauksen jälkeen. Viive on erilainen eri kokoisilla kontaktoreilla, mutta se on tyypillisesti alle 200 ms. Seuraava ohjauskäsky hyväksytään, mutta käynnistyssekvenssi aloitetaan vasta kun viivästysaika on kulunut. Tämä piirre koskee myös pikajälleenkytkentää. Nykyisin viivästys toteutetaan apukontaktoreilla.

Kontaktoreja koskevan koskevan standardin mukaan kontaktorin pitää alijännitetilanteessa aueta 20-75% nimellisjännittees-tä vaihtovirtaohjauksella ja 10-75% nimellisjännitteestä ta-savirralla. Alijännitevalvonta on rakennettu jännitteenmit-tausyksikköön 30, joka antaa modulaattoriyksikölle run-signaalin jos kelajännite on sallituissa rajoissa. Alijänni-teraja asettuu käynnistysvaiheessa mitatun kelajännitteen perusteella standardin edellyttämälle välille.

Ylijännitetilanteessa ohjaus katkaistaan, kun jännite kasvaa 15% yli ohjauspiirin jännitealueen ylärajan ( 138 V jännite-alueella 24 - 120 V ja 517 V jännitealueella 120 - 450 V ). Ylijännitevalvontaa varten jännitteenmittausyksikköön on rakennettu kaksi erillistä järjestelmää, joista toinen havaitsee nopeat jännitemuutokset ja toinen mittaa jännitteen keskiarvon muuttumista pitemmällä aikavälillä. Sekä ali- että ylijännitekatkaisu nollaa ohjauspiirin, eikä jännitteiden palautuminen sallitulle alueelle aiheuta kontaktorin vetämistä ilman uutta ohjauskäskyä.

Ohjausjärjestelmän älykkyyden sisältävä ASIC-piiri on jaettu kuvion 3 mukaisesti neljään toiminnalliseen lohkoon. Kaikki lohkojen välinen informaation siirto on asynkronista häiri-• öiden eliminoimiseksi. Rajapinnat ja lohkojen ulkopuolelle annettavat signaalit on määritelty tarkemmin myöhemmin.

Ohjauspiirin toimintalohkot ovat: 7 81925 - jännitteenmittausyksikkö 30 - modulaattori 31 - ajoitusyksikkö 32 - I/O-yksikkö 33

Kuvion 4 mukaisesti käyttöjännitteen mittaus tehdään jännit-teenjakopiirin 46 jälkeen kytketyllä Sigma-Delta-modulaati-oon perustuvalla A/D-muuntimella 40, jonka perään on kytketty keskiarvottava digitaalinen alipäästösuodatin 41. Vaihtoehtona keskiarvosuodattimelle on integroiva suodatin, joka antaisi tarkemman tehollisarvotiedon, mutta se vaatii huomattavasti enemmän piipinta-alaa ja keskiarvo on riittävän tarkka approksimaatio ympäristöolosuhteet huomioiden. Riittävällä ylinäytteityksellä A/D-muuntimen 40 (ei-esitetty) S/D-modulaattori suodattaa mitattavasta signaalista suur- ja keskitaajuiset häiriöt ja mittaustuloksena saadaan 7-bit-tinen binääriluku, joka digitaalisen alipäästösuodattimen 41 . . jälkeen ilmoittaa mitatun jännitteen keskiarvon. Jännitein- ; formaatio annetaan koodauslogiikalle sopivin väliajoin uuden modulointiohjeen asettamiseksi. Yli- ja alijännitevalvonta tapahtuu tapahtuu detetektorissa 42 suodatuksen jälkeen, jolloin mahdolliset häiriöpiikit syöttävässä verkossa eivät aiheuta ylijännitekatkaisua. A/D-muunnoksen ja suodatuksen hitauden vuoksi järjestelmässä on erillinen analoginen yli-jännitevalvonta, joka on toteutettu jännitereferenssillä 47 ja komparaattorilla 43. Häiriöpiikkien eliminoimiseksi komparaattorin ulostulo on kytketty viivelinjaan 44, jolla estetään nopeiden transienttien aiheuttama ylijännitelaukaisu (n. 1-2 ms). Viivelinja asettaa ylijännitesignaalin detekto-riyksikölle vasta, kun komparaattorin ulostulo on ollut kes-/·: keytymättä ylhäällä viiveen määräämän ajan (n. 1-2 ms).

Detektoriyksikkö katkaisee run-signaalin, kun se saa viive-linjalta ylijännitesignaalin 45 huolimatta siitä, että kes- β 81925 kiarvomittaus osoittaisi jännitteen olevan sallituissa rajoissa. Ylijänniteraja on asetettu ohjauspiirinpiirin maksi-mihuippujännitteen mukaiseksi Ueffmax * 1.42, jotta katkaisu ei tapahtuisi hyväksyttävällä jännitealueella.

Kun ohjauspiiri kytketään kelajännitteeseen, jännitteenmit-tausyksikkö mittaa ensin n. 20 ms ajan kelapiirin jännitettä mittaussisääntulon 37 kautta kunnollisen jännitekeskiarvon laskemiseksi, jonka jälkeen se asettaa alijänniterajan ja antaa modulaattorille 31 Run-signaalin. Jos kelajännite (kontaktorin ohjauspiirin jännite) on alhaisempi kuin kiinteästi asetettu alaraja tai korkeampi kuin ylijännitekatkai-suraja, Run-signaalia ei anneta.

Kuvion 5 mukaisesti modulaattoriyksikkö sisältää kaksi pääosaa: takaisinkytkennättömän digitaalisen pulssileveys- modulaattorin ( non-feedback digital pulse width modulator NFBDPWM ) 50 ja ROM-muistin 51, johon on tallennettu modu-lointiohje eri kontaktorityypeille ja eri jännitteille, sekä muistin osoitekoodauslogiikka. Muistina voidaan käyttää myös PROM, EPROM, EEPROM, Flash tai muuta muistiteknologiaa hyödyntävää rakennetta ulkoisena tai sisäänrakennettuna lohkona.

Pulssileveysmodulaattoriyksikkö 31 on itsenäinen sisäisesti : synkronoitu yksikkö, jonka ainoat ohjaustiedot ovat jännit- : teenmittausyksiköltä 30 saatava jänniteinformaatio ja Run- signaali, jonka perusteella modulaattoriyksikkö asettaa toimintatilansa. Pulssileveysmodulaattori 50 moduloi tehokytki-men ohjainyksikölle 52 menevää signaalia muistiin 51 ennalta laskettujen pulssisuhdetietojen perusteella. Tällä raken-1 teella saadaan poistettua analogisille pulssileveysmo- dulaattoreille tyypillinen epästabiilisuus ja takaisinkyt-·: kennän aiheuttamat ohjausvirheet. Modulaattori 50 nollaa it se itsensä jokaisen pulssin jälkeen ja lukee lukkopiiriltään uuden modulointiohjeen. Lukkopiiri on rakenteeltaan kaksio-

II

9 81925 sainen, mikä mahdollistaa sen asynkronisen asettamisen ja lukemisen. Modulaattoriyksikkö 31 pystyy ohjaamaan pulssi-suhdetta 0,4 prosentin tarkkuudella alueella 0,4..98,4 %. Jokaisen pulssin väliin jää pieni katkos, jonka aikana luetaan uusi modulointiohje ja nollataan modulaattori, joten täyttä 100% modulointia ei voida käyttää. Vastaaviin analogisiin ratkaisuihin verrattuna NFBDPWM tarjoaa huomattavan laajan pulssisuhdealueen.

Muistiin 51 ohjelmoidaan testien perusteella lasketut pito-tehojen pulssisuhteet, joita haetaan jännite- ja kontaktori-tiedosta koodattavalla osoitteella ja asetetaan modulaattorin lukkopiiriin. Eri jännitealueiden kelat mitoitetaan sellaisiksi, ettei niille tarvita erillisiä muistilohkoja. Käynnistysvaiheen tehot saadaan lisäämällä muistin sisältämään arvoon kontaktorityypin perusteella valittu vakioarvo. Muisti voidaan organisoida esim. kahdeksaan riviin, joita osoitetaan 3-bittisellä kontaktoritiedolla 56 ja 128 sarakkeeseen, joita osoitetaan 7-bittisellä jännitetiedolla 57. Jokainen muistialkio sisältää 8-bittisen modulointioh-. . j een.

Säätöjärjestelmän toimielimenä on tehofetillä toteutettu hakkuriregulaattori, jonka induktanssina käytetään kontakto-.:.· rin kelaa. Fettiä ohjataan edellä kuvatulla takaisinkytken- nättömällä pulssileveysmodulaattorilla (NFBDPWM) 50 jännit-teenmittausyksiköltä 30 saatavan jännitetiedon perusteella valitun kontaktorikohtaisen modulointiohjeen mukaisesti. Hakkurin taajuus on yli 20 kHz, joten se ei aiheuta äänitaa-juisia värähtelyjä kontaktorin 3 magneettipiiriin 5.

Fetin ohjainpiiri 52 ei sisälly modulaattoriyksikköön 31, koska sitä ei voida integroida ohjauslogiikan kanssa samalle piipalalle erilaisten käyttöj ännitealueiden takia. Fetin "·’ rinnalle on kytketty SA-piiri 54, jonka tehtävänä on suodat taa fetin 53 yli muodostuvat kytkentäpiikit ja pienentää fe- 10 81 925 tin kytkentähäviöitä. Kelan 3 rinnalle kytketty suojadiodi 55 vaimentaa kelan omia jännitepiikkejä. Isotehoisia fettejä käytettäessä ongelmaksi muodostuu niiden suurehko hilakapa-sitanssi, joka hidastaa fetin toimintaa. CMOS-piirien vir-ranantokyky on melko heikko ja ohjauslogiikan 5 V käyttöjännite ei riitä ohjaamaan fettiä 53, jonka normaali hilajänni-te on yleensä yli 10 V. Kunnollisen ohjaustason saavuttamiseksi ja ohjauslogiikan suojaamiseksi teho-osan ja ohjaus-piirin väliin rakennetaan ohjain/erotinlohko.

Kuviossa 3 on esitetty ajoitusyksikkö 32, josta saadaan kaikki ohjauspiirin 1 tarvitsemat ajoitukset. Ajoitusyksikön 32 kellogeneraattorina toimii vapaasti värähtelevä 5 MHz rengasoskillaattori, jonka taajuutta käytetään modulaattorin perustaajuutena. Muut ajoitussignaalit saadaan jakamalla pe-rustaajuutta ja muodostamalla siitä erilaisia sekvenssejä. Eri taajuuksia tarvitaan mm. jännitteenmittausyksikölle 30 ja I/O-yksikölle 33. Ajoitusyksikkö 32 generoi myös käynnistysvaiheessa tarvittavat nollaussignaalit eri lohkoille oikeassa järjestyksessä. Yksikköön on sisällytetty myös passiivinen ajastin ohjauskäskyjen viivästystä varten ja lyhyt käynnistysviive kellogeneraattorin käynnistämistä varten.

I/O-yksikkö 33 ohjaa säätöyksikön 31 (pulssileveysmodulaat-: tori oheislohkoineen kuvio 5) toimintaa ja toimii koko jär jestelmän kommunikaatiorajapintana ulospäin. i/O-yksikön digitaalisen toteutuksen ansiosta siihen on mahdollista integroida sellaisia toimintoja, jotka nykyisellä tekniikalla on mahdollista toteuttaa ainoastaan erillislaitteilla.

I/O-yksikköön 33 on keskitetty kaikki kontaktorin ohjauk-; seen, kommunikointiin, säätöihin ja sisäiseen diagnostiik- \ kaan liittyvät toiminnat. Yksikkö sisältää mm. kolme eri laista logiikkaohjausliitäntää, liitännän sarjaväyläohjausta varten, säädettävän ajastimen, jolla voidaan asettaa veto-ja päästöhidastus, käynnistyslogiikan, joka antaa muille yksi- 81925 köille käynnistysvaiheessa annettavat käskyt oikeassa järjestyksessä ja virheilmoituslogiikan, joka kokoaa kaikki ohjauspiirin sisällä tapahtuneet ilmoitettavat tapahtumat (toimintavirhe, lämpörelelaukaisu, yms) ja ilmoittaa niistä merkkiledillä ja optisesti erotetulla avokollektoriulostu-lolla. I/O-yksikön kaikki viestinvälitys muille piirin yksiköille tapahtuu erillistä kontrolliväylää 36 pitkin. Välitettävien viestien määrää on minimoitu suunnittelemalla yksiköt mahdollisimman itsenäisiksi sisäistä diagnostiikkaa myöten. Ainoat ulkoiset liitännät, jotka eivät kulje I/O-yksikön kautta ovat jännitteenmittausyksikön mittaussi-sääntulo ja pulssileveys-modulaattorin ulostulot (2 kpl). I/O-yksikön liitäntöjä kuvataan jatkossa viitenumeroilla 33a - 33h.

Logiikkatasoiselle (5..24 V DC/AC) ohjaukselle on tarkoitettu optoerotettu (4 kV eritys) liitäntä 33a. Kontaktori vetää ulkoisen signaalin nousevalla reunalla ja päästää laskevalla reunalla. Jos ohjaussignaali on ylhäällä silloin, kun kela-piirin virta kytketään, kontaktori ei vedä ennen kuin ohjaussignaali käy alhaalla. Automaattinen pikajälleenkytkentä lyhyen sähkökatkoksen jälkeen muistaa kontaktorin tilan en-nen katkosta ja toimii ohjaussignaalin ollessa ylhäällä.

.·;/ Sulkukosketinliitäntä 33b on toiminnaltaan vastaava kuin PLC-liitäntä 3 3a, mutta toimii jänniteohjauksen sijasta sul-kukoskettimilla. Tätä liitäntää voidaan ohjata releellä, kytkimellä tai avokollektoriulostuloisella logiikalla. Sul-kukosketinohjaus on rinnakkainen muiden ohjausten kanssa joten jos jokin ohjauksista on päällä, kontaktori vetää.

Pulssiohjausliitäntä 33c on tarkoitettu moottoriohjauksiin ym. kohteisiin, joissa käynnistyskytkimenä käytetään paino-nappia. Kontaktori vetää lyhyellä pulssilla, jonka jälkeen *:**: se säilyttää tilansa seuraavaan ohjausjännitekatkokseen tai ··*' reset-pulssiin, joka annetaan katkaisemalla PTC-ohjaus het- .1" keksi.

12 81 925 I/O-yksikössä on kaksi resistanssimittauspiiriä 33d, joihin voidaan liittää moottorin käämien ja laakerien lämpötilaval-vonnassa käytettävät PTC-vastukset. Kun ulkoinen resistanssi kasvaa yli asetetun rajan, ohjauspiiri nollautuu, eikä käynnisty uudelleen ennen kuin resistanssi on laskenut alle raja-arvon ja kaikki ohjaukset on hetkeksi katkaistu. Lämpö-katkaisusta ilmoitetaan 1/0-yksikön kautta tietyllä merkki-signaalilla. virheilmoitus säilyy muistissa seuraavaan kela-jännitekatkokseen saakka.

I/O-yksikössä on erillinen suora liitäntä elektronista lämpörelettä varten 33e. Liitäntä toimii sulkukosketinperiaat-teella ja se estää kontaktoria vetämästä niin kauan kuin lämpöreleen koskettimet ovat auki. Liitännän avulla voidaan lämpöreleen informaatio saadaan suoraan kontaktorille ja lämpöreleen laukeamisesta voidaan ilmoittaa kontaktorin vir-heilmoitusliitännän kautta ohjausautomatiikalle. Lämpörele-liitäntä on kytkettävissä pois käytöstä.

Ohjauspiirin I/O-yksikkö sisältää liitännän 33f optisille lukuhaarukoille, joilla valvotaan kosketinsillan sijaintia ja asentoa. Vaihtoehtoisesti antureina voidaan käyttää esim. magneettisia antureita tai mikrokytkimiä. Asennonvalvonnalla voidaan varmistaa koskettimien kunnollinen sulkeutuminen ja päästövaiheessa havaita koskettimien mahdollinen hitsautumi- * nen.

Lähdettäessä normaalitilasta, jossa silta on ylhäällä, piiri suorittaa käynnistyssekvenssin. Jos kosketinsilta ei ole ala-asennossa sekvenssin päättyessä, piiri katkaisee ohjauk- *. sen, odottaa sillan palautumista takaisin yläasentoon ja toistaa saman vielä kahdesti. Jos kolmaskaan yritys ei on- • nistu, I/O-yksikkö asettaa vikalipun ja antaa hälytyssignaa-lin. Vikalippu estää ohjauspiiriä toimimasta ennen kuin oh- : jausjännite on katkaistu. Jos silta ei käynnistystä aloi tettaessa ole kunnolla yläasennossa, vikalippu asetetaan välittömästi, eikä käynnistyssekvenssiä aloiteta.

li 13 81 925 I/O-yksikön sisään on rakennettu ajastin, jolla voidaan viivästää vetoa kiinni-ohjauksen jälkeen. Vetohidastusaika on asetettavissa arvoihin 0,1..18 s tai 1..180 s (± 20 %). Päästöhidastukselle on oma erikseen asetettavissa oleva ajastin, jonka aika-alue on 0,1..18 s. Päästöhidastus toimii vain ulkoisten ohjausten kanssa.

Oy

Ohjauspiiri 1 sisältää toiminnan, jolla kosteissa tiloissa olevien moottorien käämejä voidaan lämmittää veden konden-soitumisen estämiseksi, ohjauspiiri jatkaa modulointia auki-ohjauksen jälkeen, mutta modulaattorin ulostulo ohjataan erilliseen lähtöliitäntään, johon liitetään erillinen teho-fetti ohjainpiireineen. Syötettävä lämmitysteho lasketaan etukäteen, koodataan kontaktorityypin mukaan ja tallennetaan modulaattorin muistiin.

Sisäinen diagnostiikka valvoo kaikkien ohjauspiirin sisäisten lohkojen toimintaa ja pyrkii korjaamaan yksittäiset virhetoiminnat. Diagnostiikka valvoo myös tehokomponenttien kuntoa ja tehokytkimen vioittumisen varalle ohjauspiiri si-. . sältää elektronisen sulakkeen, joka vikatilanteessa katkai see kelavirtapiirin.

» * • * «

Claims (12)

14 81 925

1. Kontaktori (2) laitoksien ja kuormituksien yhdistämiseksi ja erottamiseksi toisistaan, joka kontaktori (2) käsittää - kontaktorirungon (8), - kontaktorirunkoon (8) kiinnitetyn, ainakin kaksiosaisen magneettipiirin (5), - magneettipiiriin (5) yhdistetyn kelan (3), jolla magneettipiiri (5) on suljettavissa yhtenäiseksi, - runkoon (8) sovitetut kelaliittimet (4), joista kelaan (3) on syötettävissä sähkövirtaa, - runkoon (8) sovitetut kuormakoskettimet (7), joihin laitokset tai kuormitukset ovat kytkettävissä, ja - magneettipiiriin (5) yhdistetyn kytkentäsillan (6), j olla kuormakoskettimet (7) ovat halutulla tavalla yhdistettävissä, tunnettu siitä, että - rungon (8) sisään tai erilliseen, runkoon (8) kiinnitettävään koteloon, on sovitettu kelan digitaalinen ohjauslaite (1), joka saa käyttöjännit-teensä kelaliittimistä (4) ja joka käsittää - ohjausjännitteen mittausyksikön (30), jolla kelaliittimien (4) välinen jännite on mitattavissa, ·. - modulaattoriyksikön (31), jolla jännit- teenmittausyksiköllä (30) mitattujen ar- li 15 81 925 vojen perusteella kelan (3) virta on moduloitavissa, - I/O-yksikön, joka ohjaa ja valvoo ohjauslaitteen toimintaa ja kommunikoi ulkoisen ympäristön kanssa, ja - ajoitusyksikön (32), jolla muodostetaan ohjausjännitteen mittausyksikön (30), mo-dulaattoriyksikön (31) ja I/O-yksikön (33) tarvitsemat ajoitukset.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kontaktori (2), tunnettu siitä, että jännitteenmittausyksikkö (30) käsittää signaalitiellä jännitteenjakajan (46), A/D-muuntimen (40) sekä alipäästösuodattimen (41).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kontaktori (2), tunnettu siitä, että jännitteen mittausyksikkö (30) käsittää jännitteenjakopiirin (46), signaalitiellä tämän . . jälkeen kytketyn Sigma-Delta-modulaatioon perustuvan A/D-muuntimen (40) sekä signaalitiellä tämän jälkeen kytketyn digitaalisen alipäästösuodattimen (41).

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen kontaktori (2), tunnettu siitä, että modulaattoriyksikkö (31) käsit-tää takaisinkytkennättömän digitaalisen pulssileveysmodu-laattorin (50) ja muistin (51), johon on tallennettu modu-lointiohje eri kontaktorityypeille ja eri jännitteille.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kontaktori (2), tunnettu siitä, että I/O-yksikkö (33) käsittää liitännät logiikkatasoista ohjausta varten (33a), sulkukos- - ketinohjausta varten (33b), pulssiohjausta varten (33c), re- sistanssimittausliitännät (33d) lämpötilan mittausta varten, liitännän (33e) elektronista lämpörelettä varten, liitännän ie 81925 kosketinsillan (6) asennonvalvontaa varten, muistirekiste-rin, johon tallennetaan tieto, kuinka monta kertaa kontakto-ri on vetänyt, hälytysulostulon (33g), joka ilmoittaa kon-taktorin (2) virhetoiminnoista sekä liitännän (33h) ulkopuoliselle sarj aväyläprotokollayksikölle.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kon-taktori (2), tunnettu siitä, että modulaattoriyk-sikkö (31) käsittää erillisen ulostulon, johon liitetyn tehoasteen kautta voidaan syöttää lämmitysvirtaa kuormana olevan moottorin käämille kondenssiveden muodostumisen estämiseksi silloin, kun moottoria syöttävä kontaktori on auki-tilassa.

7. Jokin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kontaktori (2), tunnettu siitä, että ohjauslaitteeseen (1) on integroitu kosketinsillan (6) asennonvalvontalogiikka, joka saa informaationsa kontaktorirunkoon (8) sovitetuilta antureilta (9).

8. Menetelmä sellaisen kontaktorin (2) säätämiseksi, joka käsittää kontaktorirungon (8), kontaktorirunkoon (8) kiinnitetyn, vähintään kaksiosaisen magneettipiirin (5), magneet-tipiiriin (5) yhdistetyn kelan (3) magneettipiirin yhdistämistä varten, runkoon (8) sovitetut kelaliittimet (4), runkoon (8) sovitetut kuormakoskettimet (7) laitoksien ja kuor-mien kytkemistä varten, ja magneettipiiriin (5) yhdistetyn kytkentäsillan (6), kuormakosketinten (7) yhdistämistä varten, jossa menetelmässä - kelajännitettä mitataan ja ; - kelaan (3) syötettävää virtaa säädetään moduloi- maila syötettävää virtaa, tunnettu siitä, että li 17 81 925 - jännitettä mitataan analogia-digitaalimuuntimella ja suodatin-ja ilmaisinyksiköillä (kuva 4) ja - kelan (3) virtaa säädetään takaisinkytkennättö-mällä digitaalisella pulssileveysmodulaattorilla (50), jota puolestaan ohjataan muistiin (51) tallennetuilla tiedoilla siten, että kutakin jännite-arvoa ja kontaktorityyppiä vastaa ennalta määrätty pulssileveystieto.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kelan yhteyteen on liitetty digitaalinen IC-teknologiaan perustuva säätöjärjestelmä, joka suorittaa patenttivaatimuksen 8 mukaisen säätöfunktion ja joka sen lisäksi - suodattaa digitaalisella suodattimena mittaussignaalista häiriöt pois, - valvoo omaa toimintaansa sisäisen diagnostiikan avulla mm. laskemalla kontaktorin toimintakerrat ja ! valvomalla teho-osan kuntoa sekä ··;* - sisältää I/O-yksikön, joka keskittää kaiken ul- koisen kommunikoinnin ja ohjaa mittaus- ja säätöyk-siköiden toimintaa.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjauslaitteen toimintaa ohjaa ja valvoo laitteeseen integroitu I/O-yksikkö (33), joka käsit-telee ulkoiset ohjaussignaalit, hoitaa keskitetysti virheil- y; moitukset, muodostaa sisäiset käynnistysviiveet ja synkronoi . : ohjauslaitteen muiden yksiköiden toimintaa kontrolliväylän • *| (36) kautta.

11. Jonkin edellisen memetelmävaatimuksen mukainen menetel- *·*: mä, tunnettu siitä, että ohjauspiiri (1) valvoo kos- ketinsillan (6) asentoa antureiden avulla. 18 81 925

12. Jonkin edellisen menetelmävaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kontaktoreilla syötetään erillisestä tehonsäätöulostulosta pientä lämmitysvirtaa moottorin käämille silloin, kun moottori ei ole toiminnassa kondenssiveden muodostumisen ehkäisemiseksi sähkömoottoreissa, jotka toimivat kosteissa tiloissa. II 19 81 925